空气环境DNA被动采样技术的优化及其在生物多样性监测中的应用

这篇综述系统评估了14种被动采样材料（包括滤膜、静电除尘布[EDC]和涂层载玻片）在自然环境中采集空气环境DNA（eDNA）的性能，发现EDC在检测植物（485个分类群）和脊椎动物（132个分类群）多样性方面显著优于其他材料。研究揭示了采样时间对eDNA组成的影响：植物多样性随采样时间延长而降低，而动物多样性则呈相反趋势，为eDNA技术应用于生物多样性监测和高时间分辨率群落动态研究提供了实证依据。

　　

空气环境DNA被动采样技术的突破与生态应用

摘要

研究团队通过对比九种膜状材料和五种载玻片基采样器，首次证实静电除尘布（EDC）在自然环境中采集空气eDNA的卓越性能。基于trnL和12S rRNA基因的宏条形码分析显示，EDC检测到的植物（485个分类群）和脊椎动物（132个分类群）多样性远超其他材料，且成本仅为商业滤膜的0.1%。这一发现为大规模生物监测提供了经济高效的解决方案。

材料与方法创新

实验设计涵盖两季（秋季和春季），在相同植被点位部署14类采样器（表1），包括玻璃纤维滤膜（GF）、聚碳酸酯滤膜（PC）等常见材料。EDC以47 mm×47 mm规格悬挂于树枝，通过静电吸附捕获空气中颗粒物。DNA提取采用DNeasy Blood and Tissue Kit，并通过qPCR评估扩增抑制效应（图S2）。

采样器性能比较

EDC在植物和脊椎动物检测中均表现突出：秋季平均检出155.3个植物MOTUs和20.7个脊椎动物MOTUs，显著高于其他采样器（图1a,b）。值得注意的是，植物表面拭子（SWAB）同样检出高多样性，但标准化难度较大。膜状材料整体优于载玻片基材料，但不同滤膜间差异不显著，这与水环境eDNA采样结果形成对比。

采样时间效应的新发现

延长采样时间（1-9天）导致植物MOTUs数量线性下降（EDC：R²=0.535；PES：R²=0.503），而脊椎动物MOTUs则随EDC采样时间延长而增加（图2）。PCoA分析显示植物群落组成存在显著时间更替（PERMANOVA p<0.01），如银杏（Ginkgoaceae）花粉在后期采样中占比达58%（图3a），表明优势物种eDNA可能掩盖其他信号。

植物eDNA来源解析

非风媒植物占总检出量的显著比例（秋季87% MOTUs），且非花期植物仍可被检测（图5）。这证实空气eDNA不仅来自花粉，还可能源于叶片碎片等载体，为全年植物监测提供了可能。

技术优势与局限

EDC兼具成本（0.0025美元/片）和耐久性优势，但其静电特性可能导致小颗粒物富集偏差。研究建议在热带雨林、沙漠等多环境中验证采样器普适性，并需进一步探究eDNA在大气中的传输降解机制。

生态监测应用前景

该技术可追踪植物物候（如银杏花期）和群落演替，但需注意：单次长时间采样可能仅反映末期优势物种。未来研究应结合气象数据，解析风速、紫外线等对eDNA持续性的影响，以优化采样策略。

（注：全文数据均来自原文图表及结果章节，未添加外部信息）